【《某水利枢纽心墙土石坝大坝设计计算案例》3900字】

某水利枢纽心墙土石坝大坝设计计算案例目录TOC\o"1-3"\h\u2709某水利枢纽心墙土石坝大坝设计计算案例 1132971.1土石坝坝型选择 1290481.2大坝的轮廓尺寸与排水防渗体 143491.2.1坝顶宽度 1233751.2.2坝坡坡度 2118151.2.3坝顶高程 2232671.2.4坝内防渗体 3299091.2.5坝基防渗体 3222061.3渗流计算 4126021.3.1渗流计算方法 4130041.3.2计算断面与计算情况 515251.3.3计算结果 992301.3.4渗透稳定分析 10259711.3.5成果分析与结论 10263441.4稳定分析计算 1019311.1.1计算方法 1053241.1.2工况选择与稳定计算成果 11176571.1.3稳定成果分析 11318251.5大坝基础处理 12203781.5.1防渗方案选择。 12140751.5.2防渗墙的材料和布置 12137201.6细部构造设计 12210471.6.1护坡设计 12201971.6.2防渗体 121.1土石坝坝型选择土石坝坝型的选择考虑很多因素，最主要的是坝址周围的建筑材料，还要考虑气候、地质、抗震、经济效益等最终确定为心墙土石坝。1.2大坝的轮廓尺寸与排水防渗体大坝尺寸包括坝顶的宽度，坝顶高程，防渗体和排水设施等。1.2.1坝顶宽度查阅过去的统计资料再结合交通施工和防洪措施等方面确定堤坝的宽度为十米。1.2.2坝坡坡度土石坝的坡度对大坝的稳定性是有影响的，结合工程经验，考虑大坝高度一半附近的坡率，上坡率为2.5，下坡率为3.0，坡度自下而上为2.75、2.50、2.25。在结合施工观测以及安装排水设施，道路宽度等方面安装坝坡稳定的2米道路1.2.3坝顶高程坝顶在静水位上的超高Y=R+e+A，始终，y为坝顶超高；R为最大波浪在坝顶的爬高；e为最大风壅水面高度；A为安全超高。该坝为二级建筑物，设计时取A=1.0，校核时取A=0.5ghm/w2=（4-1）T=1.428×hmL=（4-2）hm——平均波高，mT——平均波周期，sD——风区长度km——水域平均水深，mW——计算风速,m/s风壅高度按照下式计算: （4-3）e——计算处的风壅水面高度mD——风区长度kmK——综合摩阻系数3.6×10β——计算风向与坝轴线的夹角22.5°表4-1坝顶高程计算成果表计算情况计算项目正常运用情况非常运用情况上游静水位（m）正常蓄水位2828.8设计洪水位2830.275正常蓄水位2828.8校核洪水位2831.425河底高程（m）27502750坝前水深H（m）78.880.27578.881.425吹程D（km）1515风向与坝轴线法向的夹角(°)22.522.5风浪引起坝前壅高e(m)0.020170.01980.006320.00612风速V（m/s）2514平均波高h（m）1.313811.314230.6890.689护坡粗糙系数0.770.77上游坝面坡角cot1/2.5cot1/2.5波浪沿坝坡爬高（m）1.411.422.3152.315安全超高A（m）1.00.5坝顶高程（m）2831.22835.72831.622831.25坝顶高程加0.4％沉陷（m）2831.57283628322831.6坝顶高程取为2836m。1.2.4坝内防渗体大坝的防渗体为粘土心墙，坝内的防渗体，需要满足渗透坡降，下游浸润线和流量降低到合适的范围内，还要满足结构和施工的要求，按照规定水平宽度不宜小于三米，根据经验，墙顶宽五米，上坡下坡坡率一致为1比0.2，心墙顶高程为设计水位加0.5米，防渗体顶部不低于非常运用条件的静水位并核风浪爬高高度影响的原则，还要预留工程结束后的沉降超高，最后取2834m，上留有2.0m的保护层。设计粘土允许坡降[J]＝5，承受最大水头81.425m，墙厚须大于16.285m，实际算得防渗体底宽为5＋（2834—2750）×0.4＝38.6m满足要求1.2.5坝基防渗体在河床的中部覆盖层较厚，采用混凝土防渗墙防渗的效果会更好，考虑到施工方面的原则，虽然两岸冲积层再减薄，也采用混凝土防渗墙，防渗墙伸入心墙高度为坝高的1/10，坝高为80米，防渗墙为心墙底面中心偏上处。1.3渗流计算通过渗流计算来确定坝体和坝基的渗流；坝坡逸出断面，判断渗流的稳定性。1.3.1渗流计算方法利用水力学来解决土石坝的渗流问题，根据渗流状况，将坝体分为若干段，运用达西定律，假设断面各点的渗透坡降相同，计算通过防渗体的流量：qⅠ=Kδ(H2-H12)/2δ+K2(H-H1)T/D(4-4)通过防渗体后的流量：qⅡ=K1(H12-T12)/2L1+KT(H1-T1)T/(L+0.44T)(4-5)其中：Kδ—粘土心墙粘土的渗透系数H—上游水深H1—通过心墙后浸润线高度D—防渗墙厚K2—防渗墙渗透系数T—透水地基的深度δ—心墙的厚度K1—坝壳的渗透系数T1—下游水深KT—地基透水层的渗透系数假设：（1）不考虑防渗体上游侧坝壳水头损失的作用；（2）由于砂砾料渗透系数大，防渗体损失了大部分水头，逸出水与下游水位差不大，因此认为不会形成逸出高度；（3）在岸坡断面上，由于下游水位低于堤底，水流自上而下时有横向落差，此时实际上不是平面渗流，但计算用平面渗流计算，下游水位基本为零。由于河床冲积层的作用，岸坡上实际上没有形成脱出点，计算时假设浸润线的末端是堤趾。1.3.2计算断面与计算情况对河床中间断面Ⅰ-Ⅰ以及左右岸坡段各一断面Ⅱ-Ⅱ、Ⅲ-Ⅲ三个典型断面进行渗流计算，计算按正常蓄水，设计洪水和校核洪水三种情情况进行。Ⅰ-Ⅰ断面：图4图4-1I-I剖面图（1）正常蓄水位与相应下游水位正常蓄水位2828.8m下游相应的最低水位为2752.2mK=3.0cm/s,K2=1.0cm/sK1=2.0×10-2cm/sKT取2.0×10-2cm/sT1=2.2mT=32mD=0.9mH=78.8mδ==21.8mL1=189.275mL=196.875m=+=由=计算得：=6.98×,=2.413m（2）设计水位与下游相应的水位H=80.275mT1=1.83mL1=193.22mL=196.875m=+=由=计算得：=6.878,=5.03m（3）校核水位与下游相应水位H=81.425mT1=5mL1=193.475mL=196.875m=+=由=计算得：=7.2534,=5.20mⅡ-Ⅱ断面：图4图4-2II-II剖面图上游坝底高程取在2752m处，下游坝底高程取在2805m处，经简化近似等效为上下游坝底高程均在2790m，坝与地基的接触面近似为一水平面，覆盖层深28m。（1）正常蓄水位与相应下游水位K=3.0cm/s,K2=1.0cm/sK1=2.0×10-2cm/sKT取2.0×10-2cm/sT1=0mT=28mD=0.9mH=38.8mδ==13.8mL1=108.1mL=115m=+=由=计算得：=2.84,=0.065m（2）设计水位与下游相应的水位H=40.275mL1=108.1mL=115m=+=由=计算得：=3.07,=0.0684m（3）校核水位与下游相应水位H=41.425mL1=108.1mL=115m=+=由=计算得：=3.15,=0.072mⅢ-Ⅲ断面：图4图4-3III-III剖面图上游坝底高程取在2790m处，下游坝底高程取在2765m处，经简化近似等效为上下游坝底高程均在2775m，坝与地基的接触面近似为一水平面，覆盖层深18m。（1）正常蓄水位与相应下游水位K=3.0cm/s,K2=1.0cm/sK1=2.0×10-2cm/sKT取2.0×10-2cm/sT1=0mT=18mD=0.9mH=53.8mδ==16.8mL1=147.35mL=155.75m=+=由=计算得：=3.66,=0.165m（2）设计水位与下游相应的水位H=55.275mL1=147.35mL=155.75m=+=由=计算得：=3.93,=0.173m（3）校核水位与下游相应水位H=56.425mL1=147.35mL=155.75m=+=由=计算得：=3.97,=0.1794m1.3.3计算结果渗流计算结果汇于表4-2表4-2渗流计算结果汇总表计算情况计算项目正常蓄水位设计洪水位校核洪水位上游水深（m）Ⅰ-ⅠⅡ-ⅡⅢ-Ⅲ78.838.853.880.27540.27555.27581.42541.42556.425下游水深（m）Ⅰ-ⅠⅡ-ⅡⅢ-Ⅲ2.2001.8300500逸出水深（m）Ⅰ-ⅠⅡ-ⅡⅢ-Ⅲ2.4130.0650.1655.030.0680.1735.200.0720.179渗流量（×10-6m3/s·m）Ⅰ-ⅠⅡ-ⅡⅢ-Ⅲ6.982.843.666.883.073.937.253.153.97总渗流量Q（m3/d）155.52159.24165.021.3.4渗透稳定分析对心墙后面的坝壳进行分析，因为大部分的水头损失都在防渗体中，坝壳的渗透梯度和速度都很小，不容易发生渗透破坏，所以用允许梯度来计算防渗墙与粘土心墙的界面问题是比较合理的。因为逸出点的渗透坡降比较大，所以我们采用流网法进行计算，计算出逸出点的坡降。以=1\*ROMANI-=1\*ROMANI断面为例，各种工况下渗流逸出点坡降计算成果如表6-5表4-3各种工况渗流逸出点坡降断面=1\*ROMANI-=1\*ROMANI工况正常蓄水位设计洪水位校核洪水位坡降J1.781.501.60根据实际经验，我们将土壤回填材料安全坡度取于5到10之间是符合要求的，又因为粘土心墙是由过滤层的，不会造成渗透性损伤。1.3.5成果分析与结论工程采用粘土心墙作为防渗措施。渗透流量在常规蓄水位为155.52m3/d，设计洪水位为159.24m3/d，验证洪水位为165.02m3/d，明显小于类似工程。水库渗透坡的下降符合设计要求。1.4稳定分析计算坝体的尺寸设计不当，在自重和各荷载的作用下，会导致坝基坝体出现失稳的情况，所以我们要对该坝进行稳定性分析来验证稳定性是否合理。1.1.1计算方法采用折线滑动法，因为断点在水位附近，我们假设滑动面在坝壳内防渗体不与坝壳一起活动。滑动面上的抗剪强度利用充分程度应该是一样的，其安全系数表达方式为：tgφi=tg(φi)/KC式中：KC即为安全系数，（φi）为试验得到的抗剪强度指标。在计算中，滑动主体ABC分为两个滑动装置，p是资料库滑动主体上的力。该计算假定不同的安全系数KC，从滑块的BCD平衡条件计算p，并作用于ABD，以查看其是否与G2、R2等平衡。如果不平衡，则将重新定义安全系数，KC将成为滑动面的安全系数。在上述计算中β、θ是任意假定的。设计中为简化程序起见，还进行了以下假定：1）滑动面的折点在水位处；2）滑面BD铅直；3）将上下游变坡等效成一均匀坡。这些假定会对计算结果的精确度产生一定影响，但总体影响不是太大，近似计算中可以忽略。1.1.2工况选择与稳定计算成果在稳定性计算中，应选择不利工况和不利位置进行稳定性计算。在本设计中，上下游边坡的安全系数是在以下工况下计算的:上游坡：1）2/3坝高水深H=57.0m；2）正常蓄水位2828.8m；3）正常蓄水位＋施工期；4）正常蓄水位＋地震； 5）设计洪水位6）设计洪水位+地震计算以上几种工况下的上下游坝坡的最小安全系数，计算成果见表6-6。表4-4各种工况上下游坝坡稳定计算成果工况最小安全系数上游坡正常蓄水位2828.8m2.02正常蓄水位＋施工期2.92正常蓄水位＋地震1.91设计洪水位2.14设计洪水位+地震2.032/3坝高水深H=57.0m2.351.1.3稳定成果分析主楼土坝等级为二级。根据规范，坝坡抗滑稳定安全系数应满足以下条件:正常运行条件下不小于1.25，非常运行条件ⅰ不小于1.15，非常运行条件ⅱ